Historia de dos telescopios: WFIRST y Hubble.

El telescopio de reconocimiento infrarrojo de campo amplio de la NASA (WFIRST), pasó a llamarse oficialmente Telescopio espacial Nancy Grace Roman el 20 de mayo de 2020, cuyo lanzamiento está previsto para mediados de la década de 2020, creará enormes panoramas cósmicos. Utilizándolos, los astrónomos explorarán todo, desde nuestro sistema solar hasta el borde del universo observable, incluidos los planetas de nuestra galaxia y la naturaleza de la energía oscura.

Esta famosa imagen de campo ultraprofundo del Hubble capturó el cosmos en tres tipos diferentes de luz: infrarroja, visible y ultravioleta. Si bien WFIRST se ajustará para ver luz infrarroja exclusivamente, su campo de visión mucho más amplio permitirá estudios más grandes que el Hubble tardaría cientos o incluso miles de años en completar. Crédito: NASA, ESA, H. Teplitz, M. Rafelski (IPAC / Caltech), A. Koekemoer (STScI), R. Windhorst (Universidad Estatal de Arizona) y Z. Levay (STScI)

Aunque a menudo se compara con el Telescopio Espacial Hubble, que cumple 30 años este año, WFIRST estudiará el cosmos de una manera única y complementaria.

"WFIRST permitirá un progreso científico increíble en una amplia gama de temas, desde poblaciones estelares y planetas distantes hasta la energía oscura y la estructura de las galaxias", dijo Ken Carpenter, científico del proyecto del sistema terrestre WFIRST y científico del proyecto de operaciones Hubble en el vuelo espacial Goddard de la NASA. Center en Greenbelt, Maryland. "Hubble contribuyó enormemente a nuestra comprensión en estas áreas, pero WFIRST nos impulsará al estudiar muchos más objetos en el cielo".

Treinta años después de su lanzamiento, Hubble continúa brindándonos imágenes asombrosas y detalladas del universo. Cuando WFIRST abra sus ojos al cosmos, generará imágenes mucho más grandes mientras iguala la nítida resolución infrarroja del Hubble.

Hubble se suma a nuestra imagen del universo de formas en que WFIRST no puede utilizar la visión ultravioleta que captura los detalles de alta resolución y al proporcionar características más especializadas para el estudio en profundidad de la luz emitida por objetos individuales. WFIRST proporciona una capacidad más general para cubrir áreas amplias en longitudes de onda visibles e infrarrojas.

Cada imagen de WFIRST capturará una parte del cielo más grande que el tamaño aparente de una luna llena. Las exposiciones más amplias del Hubble, tomadas con su Cámara avanzada para encuestas, son casi 100 veces más pequeñas. Durante los primeros cinco años de observaciones, WFIRST obtendrá imágenes de 50 veces más cielo que el que ha cubierto el Hubble hasta ahora en 30 años.

Dado que la calidad será la misma, WFIRST funcionará como una flota de 100 Hubbles operando sincronizados. Su gran campo de visión permitirá a WFIRST realizar extensos estudios cósmicos que llevarían cientos de años utilizando Hubble. Los científicos utilizarán estas encuestas para estudiar algunos de los misterios más convincentes del universo, incluida la energía oscura, una fuerza extraña que está acelerando la expansión del universo.

Hubble jugó un papel importante en el descubrimiento de la energía oscura. En 1998, los astrónomos midieron qué tan rápido se expande el universo utilizando telescopios terrestres para estudiar estrellas en explosión relativamente cercanas, llamadas supernovas. Hicieron el sorprendente descubrimiento de que la expansión del universo se está acelerando. Los astrónomos que utilizaron el Hubble confirmaron este resultado midiendo las supernovas durante un período de tiempo más largo. Los datos demostraron que si bien la expansión del universo se estaba desacelerando como se esperaba durante la mayor parte de la historia cósmica, comenzó a acelerarse hace unos pocos miles de millones de años.

Desde entonces, los científicos han determinado que lo que sea que esté causando esta aceleración actualmente representa aproximadamente el 68% de la materia y la energía totales en el universo, pero hasta ahora no sabemos mucho más al respecto. Descubrir la naturaleza y el papel de la energía oscura será uno de los principales objetivos de WFIRST. Los científicos utilizarán tres encuestas para examinar el rompecabezas de la energía oscura desde diferentes ángulos, incluida una encuesta de un tipo clave de supernova, basándose en las observaciones que llevaron al descubrimiento de la energía oscura. Los dos estudios de grandes áreas de la misión medirán las formas de cientos de millones de galaxias y encontrarán las distancias a decenas de millones. Esto convertirá las imágenes de campo amplio de WFIRST en mapas 3D que miden la expansión del universo y el crecimiento de las galaxias dentro de él.

WFIRST nos ayudará a comprender cómo la energía oscura ha afectado la expansión del universo en el pasado, lo que arrojará luz sobre cómo puede influir en el futuro del cosmos.

Esta infografía muestra las capacidades complementarias de instrumentos seleccionados en tres de las misiones insignia de la NASA: el Telescopio Espacial Hubble y el Telescopio de Levantamiento Infrarrojo de Campo Amplio (WFIRST) y el Telescopio Espacial James Webb que se encuentran en desarrollo. El Hubble ve el cosmos en luz infrarroja, visible y ultravioleta, proporcionando una vista más completa y de alta resolución de los objetos individuales. WFIRST ampliará las observaciones infrarrojas del Hubble específicamente, utilizando un campo de visión mucho más grande para crear enormes panoramas del universo con la misma alta resolución. Webb también realizará observaciones infrarrojas de alta resolución, mirando a través de tramos más lejanos del espacio con un campo de visión más estrecho. Créditos: Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA

Un nuevo par de ojos en el universo.

Mientras el Hubble ve el cosmos en luz infrarroja, visible y ultravioleta, WFIRST se sintonizará para ver un rango de luz infrarroja ligeramente más amplio que el que el Hubble puede observar. La detección de más espectro de luz permite al Hubble crear una imagen más completa de muchos procesos en funcionamiento en objetos individuales en el cosmos. WFIRST está diseñado para expandir las observaciones infrarrojas de Hubble específicamente, porque la realización de enormes estudios del universo infrarrojo nos permitirá ver una gran cantidad de objetos cósmicos y procesos más sutiles en regiones del espacio que de otro modo serían difíciles o imposibles de ver.

WFIRST ayudará a desentrañar los misterios que rodean la energía oscura y la evolución de las galaxias al mirar a través de enormes extensiones del universo, incluso más lejos de lo que el Hubble es capaz de ver. Estos estudios requieren observaciones infrarrojas precisas porque la luz cambia a longitudes de onda más largas, de ultravioleta y visible a infrarroja, a medida que viaja a través de vastas distancias astronómicas debido a la expansión del espacio.

Las capacidades de infrarrojos de WFIRST también proporcionarán una nueva vista de los objetos que están más cerca de casa. El corazón de nuestra galaxia, la Vía Láctea, está densamente poblado de objetivos ricos, pero envuelto en polvo que oscurece la luz visible. Como telescopio infrarrojo, WFIRST utilizará esencialmente gafas de visión térmica para mirar a través del polvo, lo que nos dará una nueva vista del funcionamiento interno de la galaxia.

Estas observaciones permitirán a los astrónomos estudiar la evolución estelar: los nacimientos, vidas y muertes de estrellas. WFIRST también ampliará nuestro inventario de exoplanetas (planetas fuera de nuestro sistema solar) al revelar miles de mundos que los astrónomos esperan serán muy diferentes de la mayoría de los 4.100 que se conocen ahora. La mayoría de los exoplanetas conocidos actualmente están muy cerca de sus estrellas anfitrionas o grandes planetas que orbitan más lejos. Hubble ha observado algunos de estos planetas directamente usando coronógrafos, que bloquean el resplandor de las estrellas. WFIRST se basará en esa tecnología para hacer un coronógrafo activo que sea mucho mejor para suprimir la luz de las estrellas, una demostración de tecnología que, cuando se avance más, permitirá que los futuros telescopios espaciales obtengan imágenes de exoplanetas del tamaño de la Tierra.

Dirigiéndose a las rarezas cósmicas.

Los científicos también utilizarán los estudios cósmicos de WFIRST para obtener muestras enormes de algunos de los objetos más extremos del universo, incluidos los cuásares: galaxias activas con centros superbrillantes. Identificar sus ubicaciones permitirá al Hubble y a otros telescopios realizar un seguimiento para obtener observaciones detalladas. Estas investigaciones permitirán a los astrónomos reconstruir la historia del crecimiento de las galaxias y la evolución del universo.

Para hacer posibles estos estudios, WFIRST operará mucho más lejos de la Tierra que el Hubble. Mientras que el Hubble orbita a unas 340 millas por encima de nosotros, WFIRST se ubicará a unas 930.000 millas (1,5 millones de km) de la Tierra en la dirección opuesta al Sol. En este lugar especial del espacio, llamado segundo punto de Lagrange Sol-Tierra, o L2, las fuerzas gravitacionales del Sol y la Tierra se equilibran para mantener las naves espaciales en órbitas relativamente estables.

Cerca de L2, WFIRST orbitará el Sol en sincronía con la Tierra, usando un parasol para bloquear la luz solar y mantener fresca la nave espacial. Dado que la luz infrarroja es radiación de calor, si WFIRST se calienta con la radiación de la Tierra, el Sol o incluso sus propios instrumentos, abrumará a los sensores infrarrojos. Desde este punto de vista, WFIRST puede ver grandes franjas de cielo sin problemas durante largos períodos de tiempo.

Tapices enormes.

Esta imagen, que compara los tamaños aparentes de la galaxia de Andrómeda y la Luna en el cielo, demuestra el tipo de observación que producirá WFIRST. Hubble tardó más de 650 horas entre 2010 y 2013 en producir la parte de la imagen delineada en verde azulado, pero los cálculos sugieren que WFIRST pudo observar la misma área en tres horas o menos. Las observaciones infrarrojas de WFIRST también nos permitirán ver a través del polvo que se oscurece para ayudarnos a comprender mejor la naturaleza de los planetas, las estrellas y las galaxias. Créditos: Imagen de fondo: Digital Sky Survey y R. Gendler; Imagen de la Luna: NASA, GSFC y Arizona State University; Simulación WFIRST: NASA, STScI y B. F. Williams (Universidad de Washington)

Para recoger la mayor cantidad de luz posible, los telescopios necesitan grandes espejos primarios. Dado que tanto WFIRST como Hubble tienen un espejo principal de 2,4 metros (7,9 pies) de ancho, recogen la misma cantidad de luz. Aunque tiene el mismo tamaño, el espejo de WFIRST pesa solo una cuarta parte del del Hubble gracias a los avances en la tecnología.

Con la colección de luz similar, la resolución y la superposición de capacidades de infrarrojos del Hubble, puede ayudar a establecer expectativas para WFIRST. Por ejemplo, Hubble produjo una imagen panorámica de nuestra vecina galaxia de Andrómeda como parte del programa del Tesoro de Andrómeda del Hubble Pancromático (PHAT). Los científicos compilaron la imagen PHAT de 7.398 exposiciones tomadas en el transcurso de tres años. WFIRST podría replicar la imagen PHAT de Hubble más de 1000 veces más rápido. Este tipo de observación revelará cómo las estrellas cambian con el tiempo e influyen en la galaxia en la que residen.

Al igual que Hubble, WFIRST también ofrecerá un programa de Observadores Generales para apoyar a la comunidad astronómica, lo que permitirá a los científicos aprovechar las capacidades únicas de la misión al proponer nuevas observaciones seleccionadas competitivamente. Al igual que con Hubble, la búsqueda de investigaciones que ni siquiera se contemplaron antes del lanzamiento probablemente se convertirá en el legado principal de la misión WFIRST. Todo el tesoro de datos de WFIRST estará disponible públicamente a los pocos días de haber sido tomado, una novedad para una misión insignia de astrofísica de la NASA. WFIRST contará con un sólido programa de investigación de archivos que permitirá a los científicos aprovechar al máximo estos vastos conjuntos de datos.

WFIRST se beneficia de 30 años adicionales de importantes avances tecnológicos; sin embargo, Hubble continuará transformando nuestra comprensión del universo. En los próximos años, los enormes estudios infrarrojos de WFIRST revelarán objetivos interesantes para el seguimiento de otras misiones. El Hubble puede ver los objetivos en longitudes de onda de luz adicionales y proporcionará la única vista de alta resolución del universo ultravioleta. El telescopio espacial James Webb puede realizar observaciones detalladas que se adentran aún más en el infrarrojo con su vista ampliada de alta resolución. La combinación de los hallazgos de WFIRST con los de Hubble y Webb podría revolucionar nuestro entendimiento en una multitud de búsquedas cósmicas.

"Las encuestas de WFIRST no requieren que sepamos exactamente dónde y cuándo buscar para hacer descubrimientos emocionantes; no nos limitaremos a mirar debajo de la farola cósmica", dijo Julie McEnery de Goddard, científica adjunta del proyecto WFIRST. "La misión encenderá los focos para que podamos explorar el universo de una manera completamente nueva".

WFIRST está administrado en Goddard, con la participación del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA y Caltech / IPAC en Pasadena, el Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial en Baltimore y un equipo científico compuesto por científicos de instituciones de investigación de los Estados Unidos.

Banner: Esta famosa imagen de campo ultraprofundo del Hubble capturó el cosmos en tres tipos diferentes de luz: infrarroja, visible y ultravioleta. Si bien WFIRST se ajustará para ver luz infrarroja exclusivamente, su campo de visión mucho más amplio permitirá estudios más grandes que el Hubble tardaría cientos o incluso miles de años en completar. Crédito: NASA, ESA, H. Teplitz, M. Rafelski (IPAC / Caltech), A. Koekemoer (STScI), R. Windhorst (Universidad Estatal de Arizona) y Z. Levay (STScI)

Imagen fija de alta resolución de la nave espacial WFIRST contra un fondo estrellado. Crédito: Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA.

Por Ashley Balzer.

Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA, Greenbelt, Maryland.

Contacto con los medios:

Claire Andreoli

Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA, Greenbelt, Maryland.

301-286-1940

Última actualización: 23 de septiembre de 2020, enlace publicación.

Montaje: Ashley Balzer